Neste trabalho apresentamos a produção de moléculas frias heteronucleares em uma armadilha magneto-óptica mista de 39K e 85Rb e detectadas no estado fundamental. A técnica de detecção consiste na fotoionização pulsada das moléculas que, após terem sido fotoassociadas, decaem através de emissão espontânea para estados ligados do potencial do estado molecular fundamental. A partir dos resultados da produção de moléculas frias KRb, estudamos-as com relação ao tipo de colisões que as originam, e à temperatura associada ao seu movimento translacional. Experimentos foram também realizados para comprovar que as moléculas detectadas são provenientes do estado fundamental. Finalmente, também estudamos neste trabalho, a taxa segundo a qual são formadas. Concomitantemente à produção de KRb, moléculas frias homonucleares 39K2 e 85Rb2 são também formadas, detectadas e caracterizadas. São apresentados também, os primeiros passos dados em direção à realização de espectroscopia fotoassociativa dos estados ligados das moléculas heteronucleares obtidas. / In this work, cold ground-state KRb molecules were produced by photoassociation in a two species magneto-optical trap (MOT) containing 39K and 85Rb. The KRb molecules are produced through photoassociation and detected in the ground state by multiphoton pulsed ionization. We have characterized their translational temperature and measured their formation rate constant. Homonuclear cold molecules 39K2 and 85Rb2 detected in their ground state were also formed in our trap and characterized as well. It is also reported our first efforts towards the realization of photoassociation spectroscopy of the heteronuclear molecules produced in our trap.

Cette thèse décrit le travail accompli au cours des trois dernières années sur la nouvelle expérience d’Hélium métastable de l'Institut d'Optique à Palaiseau.Le premier chapitre décrit une étude visant à améliorer à la fois l'efficacité et la précision du système de détection par galettes à micro-canaux (MCP). Nous avons fait des mesures avec des galettes recouvertes d'une couche d'or sur la face avant, obtenant un accroissement de l'efficacité de détection mais également une réduction de la précision. L'ajout d'une tension intermédiaires entre les deux galettes empilées a au contraire améliorer à la fois l'efficacité et la précision des MCP, en l’absence d’une couche d’or.Le deuxième chapitre est consacré à la construction de l'appareil expérimental pour le refroidissement et le piégeage d’atomes. L’excitation de l'état fondamental de l’Hélium à l'état métastable est décrite, ainsi que la collimation et le refroidissement ultérieur par Zeeman lent du faisceau atomique chaud résultant. Le faisceau ralenti est alors capturé dans un piège magnéto-optique (PMO), dans lequel nous avons capturé 8x108 atomes.Dans le troisième chapitre une étude originale du refroidissement Doppler tridimensionnel dans un PMO et une mélasse désaccordée vers le rouge de la transition atomique est discutée. L’atome d’Hélium métastable est unique et ses propriétés ont permis une telle étude. En effet, les faibles densités atomiques impliquent qu’il n'y a pas de diffusion multiple de photons d’une part, et la faible masse et la faible largeur de la transition 23S1 -> 23P2 rend inefficace les processus de refroidissement sous la limite Doppler. Ces conditions nous ont permis d’observer pour la première fois à trois dimensions un gaz refroidit dans le régime Doppler.Le quatrième chapitre présente une étude sur les collisions dans un piège magnéto-optique d’Hélium métastable. Les collisions Penning induites par la lumière, en particulier à des intensités élevées et à des fréquences proches de la fréquence de transition, sont responsables de pertes élevées d’atomes piégés. Nous mesurons le coefficient de taux associé à ces pertes, Ksp = 2,8 ± 0,4 x 10-7cm3/ s. / This thesis describes the work done over the past three and a half years on the new metastable helium experiment at the Institut d'Optique in Palaiseau. In the first chapter it describes a study to improve both the efficiency and the accuracy of the Microchannel Plate (MCP) detection system. We have experimented with adding a gold layer on the top of the input plate, something that we have found increases the efficiency but also decreases the accuracy. The addition of a voltage between the two stacked plates has been shown to both raise the efficiency and improve the accuracy in non-coated MCPs.The second chapter is devoted to the construction of the experimental apparatus. Here the excitation of ground state helium to its metastable state is described, as well as the subsequent collimation and cooling by Zeeman slower of the resulting hot atomic beam. The slowed beam is then captured in a Magneto-Optical Trap, in which we have captured 8x108 atoms.In the third chapter an original study on three-dimensional Doppler cooling in a red-detuned molasses and in the Magneto-Optical trap is presented. The metastable helium system is unique as there is no multiple scattering of photons and there are no sub-Doppler effects. This allows for a never before seen experimental realisation of pure Doppler cooling theory. The fourth chapter describes a study on collisions in a magneto-optical trap of metastable helium. Light-induced Penning collisions are responsible for high trap losses at high intensities and at frequencies close to the transition frequency. We measure the constant rate coefficient to Ksp = 2.8 ± 0.4 x 10-7cm3/s.

Usando a técnica de resfriamento evaporativo para átomos comprimidos numa armadilha magnética tipo QUIC, implementamos experimentos para observar Condensação de Bose-Einstein de átomos de sódio. Nessa armadilha magnética temos átomos advindos de uma armadilha magneto-óptica, a qual é carregada por um feixe desacelerado como etapa de pré-resfriamento. Nossas medidas foram baseadas em imagens de absorção fora de ressonância de um feixe de prova pela amostra atômica. Essas imagens foram feitas in situ, ou seja, na presença do campo da armadilha magnética, pelo fato do número de átomos ser baixo e a técnica de tempo de vôo não ser adequada a essa situação. Baseado no perfil de densidade e na temperatura medidos, calculamos a densidade de pico no espaço de fase D, a qual é seguida nas várias etapas de evaporação. Nossos resultados mostram que para uma freqüência final de evaporação de 1,65 MHz nós superamos o valor esperado para D (2,612) alcançar o ponto crítico, no centro da amostra, para obter a condensação. Devido ao baixo número de átomos restantes no potencial, a interação não produz efeitos consideráveis e dessa forma um modelo de gás ideal permite justificar essa observação. / Using a system composed of a QUIC trap loaded from a slowed atomic beam, we have performed experiments to observe the Bose-Einstein Condensation of Na atoms. In order to obtain the atomic distribution in the trap, we use an in situ out of resonance absorption image of a probe beam to determine the temperature and the density, which are use to calculate the phase space D. We have followed D as a function of the final evaporation frequency. The results show that at 1.65 MHz we crossed the critical value for D which corresponds to the point to start Bose-Condensation of the sample. Due to the low number of atoms remaining in the trap at the critical point, the interaction produce minor effects and therefore an ideal gas model explains well the observations.

Dans cette thèse, nous présentons une recherche expérimentale détaillée des lois caract érisant la taille et la densité atomique de grands pièges magnéto-optiques contenant typiquement 10^10 atomes. Il est bien connu que les interactions induites par laser, produites par la diffusion multiple, y constituent la limitation principale à l'obtention de densités atomiques élevées. Pour contourner cette limite, nous avons réalisé un piège magnéto-optique 'noir' combiné un piège dipolaire. Les forces de répulsion assistées par la lumière ont ainsi pu être considérablement réduites et une augmentation de près de deux ordres des grandeur sur le densité (jusqu'à 10^12 atm/cm^3) a été corrélativement observée. Nous avons proposé également un modèle qualitatif pour rendre compte de la densité atomique (et également pour la taille) o`u nous avons introduit les interactions mécaniques induites par les photons du laser repompeur quand son épaisseur optique devient importante. Ce travail fait partie d'un projet de recherche qui vise à terme à observer la localisation d'Anderson de la lumière dans des nuages d'atomes froids, mais pour laquelle des densités de l'ordre (10^13-10^14 atm/cm^3) sont requises. Pour des densités inférieures, des mécanismes de gain peuvent toutefois être mis à profit pour amplifier des modes pre-localisés. Nous avons, ainsi, mis en place une technique pompe-sonde pour la création d'un gain dans l'échantillon atomique. La configuration des pompes a autorisé l'observation du signal de mélange a quatre ondes. Une analyse détaillée de ses propriétés et de ses caractéristiques a été présentée. En particulier, une asymétrie rouge-bleu dans le spectre, pour des intensités élevées des faisceaux pompes, a été mise en évidence. Cette asymétrie a pu tre expliquée en tenant compte du regroupement des atomes dans les noeuds ou dans les ventres de l'onde stationnaire des faisceaux de pompe.

In der vorliegenden Arbeit wird die erstmalige Erzeugung eines<br />Bose-Einstein-Kondensates in einer Mikrochip-Falle beschrieben; dies ist eine Magnetfalle für Neutralatome, die mithilfe stromführender Leiterbahnen auf einem Chipsubstrat gebildet wird. Die Eigenschaften dieser Chipfallen, speziell die hohen<br />Magnetfeldgradienten und -krümmungen, haben es ermöglicht, die<br />Bose-Einstein-Kondensation in weniger als einer Sekunde Verdampfungskühlzeit zu erreichen, was rund eine Größenordnung schneller als in bisher verwendeten Magnetfallen ist<br />und ein Faktor drei schneller als auf dem bisher schnellsten Weg in einer optischen Dipolfalle. Damit verbunden sind die Ansprüche<br />an den experimentellen Aufbau, insbesondere das Vakuumsystem und<br />den Laseraufbau, deutlich gesunken.<br /><br />Weiterhin wird der zerstörungsfreie Transport des Bose-Einstein-Kondensats entlang der Chipoberfläche über makroskopische Distanzen demonstriert wie auch erstmalig die Aufspaltung eines Kondensates in zwei getrennte Kondensate mit rein magnetischen Mitteln.<br /><br />Diese Resultate, nämlich kohärente Materie in einem integrierten<br />atomoptischen System manipulieren zu können, lassen hoffen, daß in<br />naher Zukunft Anwendungen wie Atominterferometrie, Untersuchungen<br />zu niederdimensionalen Quantengasen und<br />Quanteninformationsverarbeitung 'on-chip' verwirklicht werden<br />können.

Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime. / This thesis describes the development of a complete experimental setup for trapping cesium by a magneto-optical trap (MOT). In this work we have employed diode lasers as light sources and built the entire system for their operation, stabilization and linewidth reduction. We have measured the MOT spring and damping constants as functions of the characteristic parameters of the cesium and sodium traps. We have also carried out two other experiments on trapped sodium atoms operating in the simultaneous presence of the D1 and D2 line frequencies. The first experiment has established the collision rate of trapped atoms in the D1 line MOT and the second has allowed us to observe a new structure operating in this two-frequency regime.

Neste trabalho apresentamos a produção de moléculas frias heteronucleares em uma armadilha magneto-óptica mista de 39K e 85Rb e detectadas no estado fundamental. A técnica de detecção consiste na fotoionização pulsada das moléculas que, após terem sido fotoassociadas, decaem através de emissão espontânea para estados ligados do potencial do estado molecular fundamental. A partir dos resultados da produção de moléculas frias KRb, estudamos-as com relação ao tipo de colisões que as originam, e à temperatura associada ao seu movimento translacional. Experimentos foram também realizados para comprovar que as moléculas detectadas são provenientes do estado fundamental. Finalmente, também estudamos neste trabalho, a taxa segundo a qual são formadas. Concomitantemente à produção de KRb, moléculas frias homonucleares 39K2 e 85Rb2 são também formadas, detectadas e caracterizadas. São apresentados também, os primeiros passos dados em direção à realização de espectroscopia fotoassociativa dos estados ligados das moléculas heteronucleares obtidas. / In this work, cold ground-state KRb molecules were produced by photoassociation in a two species magneto-optical trap (MOT) containing 39K and 85Rb. The KRb molecules are produced through photoassociation and detected in the ground state by multiphoton pulsed ionization. We have characterized their translational temperature and measured their formation rate constant. Homonuclear cold molecules 39K2 and 85Rb2 detected in their ground state were also formed in our trap and characterized as well. It is also reported our first efforts towards the realization of photoassociation spectroscopy of the heteronuclear molecules produced in our trap.

Neste trabalho estudamos a interação entre átomos de Rydberg no estado nP e sua dependência com o campo elétrico dc. Estes estados apresentam ressonâncias Föster para um número quântico principal n menor que 37. Nestes processos de ressonância um par atômico no estado nP muda para um par nS+(n+1)S. Realizamos dois experimentos de evolução temporal para 32&le;n&le;36. No primeiro investigamos a dependência da taxa de transferência de população NnS em função do número quântico principal n. E no segundo estudamos a transferência de população para um estado fixo de n=33 em função do campo elétrico. Além disso, estudamos a dependência da população no estado 33S em função da densidade de átomos de Rydberg no estado 33P. Estes resultados nos permitem observar duas contribuições distintas, uma linear relacionada a radiação de corpo negro e uma quadrática ligada a interação de dois corpos. Estes resultados confirmam o modelo de taxa para o efeito da radiação de corpo negro. / In this work we studied the role of Rydberg atoms interactions in the nP state and the dc electric field dependency of this process. The nP state shows Föster resonances for principal quantum number less than 37. In this resonance process, an atomic pair in nP state changes to a pair nS+(n+1)S. We have performed two time evolution experiments for 32&le;n&le;36. In the first one we have investigated the NnS population transfer rate for a variable principal quantum number n. In the second we have study the population transfer for a fixed n=33, by varying an electric field. Moreover, we observed the density dependency of the population in the 33S state by varying the nP state atomic density. The results allow us to observe two distinct contributions, a linear contribution related with the black body radiation and a quadratic one connected with two body process. The results agree well with the rate model used to treat the black body radiation.

Uma análise dos processos colisionais homonucleares e heteronucleares, responsáveis por perdas em uma armadilha magneto-óptica, foi realizada neste trabalho. Resultados experimentais inéditos para as taxas de perdas, no sistema Rb-Cs, foram obtidos. Os dados experimentais em conjunto com os resultados do modelo sugerem que o processo de escape radiativo é dominante. O modelo utilizado é muito sensível à profundidade da armadilha, a qual depende de outros parâmetros (intensidade, dessintonia, gradiente de campo magnético, etc.). A colaboração com pesquisadores italianos possibilitou uma análise mais detalhada das taxas de perdas heteronucleares em outras regiões de intensidade. Estudamos a dependência das taxas heteronucleares com a razão das massas do par atômico, e uma razoável concordância foi observada. O estudo de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas é importante na obtenção do condensado de BoseEinstein com duas espécies atômicas distintas, e também em experiências de espectroscopia fotoassociativa. / In this work, we had investigated the heteronuclear trap loss rate in a two-species Rb-Cs magneto-optical trap. The experimental results suggest that radiative escape is the main collisional process responsible for heteronuclear losses. An addapted Gallagher - Pritchard model is compared with the data. The model is very sensitive to the trap depth, which depends on the trap parameters (intensity, detuning, magnetic - field gradient, etc.) This observation is also supported by experimental results from a Pisa\' group. We have compared experimental of heteronuclear rates as a function of the masses ratio of the atomic pair with the model, and a reasonable agreement is observed. These studies are relevant for high resolution atomic / molecular spectroscopy, and for the production of mixed - species Bose-Einstein condensates.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-12T17:11:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Ammis.pdf: 2193663 bytes, checksum: 132bcda3d18c7d64c2a148645f123479 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T17:11:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Ammis.pdf: 2193663 bytes, checksum: 132bcda3d18c7d64c2a148645f123479 (MD5) Previous issue date: 2016-05-04 / Facepe / Neste trabalho apresentamos a caracterização de uma armadilha magneto ótica de átomos de Rb construída em nosso laboratório, juntamente com o seu princípio de funcionamento. O resfriamento é feito com lasers de diodo e tem como mecanismo básico a força de pressão de radiação, que é gerada pelos processos de absorção e emissão de fótons, juntamente com a ação de um campo magnético e a polarização dos feixes. O sistema consiste em três pares de feixes contrapropagantes nas direções x, y e z, com polarizações s+ e s, e um campo magnético que varía linearmente no espaço. Conseguimos armadilhar aproximadamente 108 átomos com um tempo de carga da ordem de 2 seg. Em paralelo realizamos medidas de mistura de quatro ondas degenerada em um vapor de átomos de Rb, na configuração de feixes quase-copropagantes. O sinal gerado no processo não linear foi estudado em função da frequência de um dos feixes enquanto o outro tinha sua frequência fixa; e se mostrou independe de qual dos feixes esta sendo sintonizado. Medidas simultâneas da transmissão do feixe de prova indicam que o processo não linear ocorre só na transição cíclica e envolve o grupo de átomos selecionados pelo feixe de frequência fixa. / In this work we present a characterization of magneto optical trap of 87Rb atoms built in our lab, along with its operating principle. The cooling is done with a diode laser and its basic mechanism is the force of radiation pressure, which is generated by the processes of absorption and emission of photons, together with the action of a magnetic field and polarization of the beams. The system consists of three pairs of counterpropagating beams in the x, y and z directions with s+ and s polarizations, and a magnetic field that varies linearly in space. We were able to trap about 108 atoms with a charging time of approximately 2 sec. In parallel we performed degenerate four wave mixing measures in a Rb vapor atoms using a quasi-copropagating beams configuration. The signal generated in the nonlinear process was studied as a function of one of laser’s while keep the other with a fixed frequency; and it showed independent of which of the beams is being tuned. Simultaneous measurements of the transmission of the probe beam indicates that the nonlinear process occurs only in the cyclic transition and involves the group of atoms selected by the beam with fixed frequency.